电动机教学案例

电动机教学案例开阳职校董树荣教材分析电动机是我们生活中常见的一种电气化设备，电动机将电能转化为机械能，从而带动各种生产机械和生活用电器的运转。电动机的应用很广，种类也很多，但它们工作的原理都是一样的。如何从日常生活中常见的现象入手，激发学生探究的欲望是新课标的新体现。在旧教材中，这节书的内容分为三部分：磁场对电流的作用，直流电动机，实验：装配直流电动机模型。这就是传统的教学模式，先讲理论再进行实践。而新教材把这三节合并为“电动机”，从与生产、生活密切相关的现象入手，激发学生的兴趣，再探讨电动机的原理，“从生活走向物理”，这样使学生更易于接受。旧教材要求学生用左手定则判断通电导线在磁体中的受力方向，而新标准则要求“通过观察，了解通电导线在磁场中会受到力的作用，力的方向与电流及磁场的方向都有关系”，与旧教材相比，要求已经降低，减轻了学生的学习负担；再者，新教材中由学生探究模拟电动机的实验对于学生了解电动机的基本构造有很大的帮助，使学生更好地理解电动机的原理和换向器的作用；最后由学生讨论生活中有哪些地方用到电动机，真正体现“从物理走向生活”的新理念。这节课的内容比较多，我把它分为2课时来讲，第一节课主要讨论磁场对电流的作用及让学生探究实验“小小电动机”，最后留下一个问题让学生课外思考，为下一节课做好铺垫。第二节课主要介绍电动机的结构和换向器的作用。换向器的作用是以探究和比较的方法来介绍的，让学生自己由“小小电动机的实验”解决相关的问题，最后得出换向器的作用。教学目标知识与技能①了解磁场对通电导线的作用；②初步认识科学与技术、社会之间的关系。过程与方法经历制作模拟电动机的过程，通过实验方法探究直流电动机的结构和工作原理。情感、态度与价值观通过了解物理知识如何转化成实际技术应用，进一步提高学生学习科学技术知识和应用物理知识的兴趣。课时2课时重点与难点重点①通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关；②直流电动机的能量转化。难点电动机能够持续转动的原因。教学准备教师：U形磁铁、电源、导线、开关、线圈和电动机演示模型。学生：U形磁铁、小小电动机线圈、5号电池（2节）、金属支架、硬纸板和电动机模型。板书设计第四节电动机一、磁场对通电导线的作用结论：①通电导线在磁场中受到力的作用。②通电导体所受力的方向跟电流方向、磁场方向有关。二、电动机的基本结构①②换向器的作用：改变线圈的电流方向，使线圈得以持续转动。三、生活中的电动机①电动机的作用：把电能转化为机械能。引入新课第一课时师：同学们好!我们上课前先来欣赏一些图片（用多媒体展示机床、电梯、电扇、电动玩具、冰箱等使用电动机的电器，并播放它们由停止到运转的状态），这些图片里的东西有什么共同的特点。生甲：它们都是电器。生乙：它们的运转都需要用到电。生丙：它们都是靠电动机来转动的。师：这些同学都说得很好。（用课件形式显示几种机器如电扇、电梯、电动玩具的结构图，并圈出电动机的位置）这些机器都有一个很重要的设备──电动机。板书：第四节电动机进行新课师：那么，为什么给电动机通电，它就能转动呢？电动机工作的原理是怎样的呢？生：（随着老师的问题思考）师：在回答这个问题之前，先让我们一起来回忆一下奥斯特电生磁的实验。哪位同学可以叙述一下奥斯特的实验过程及结果？生：丹麦物理学家奥斯特在做实验时偶然发现当导线中有电流通过时，它附近的磁针指向发生了偏转，这个意外的现象引起了奥斯特极大的兴趣，它又继续做了许多实验，终于证实了电流的周围存在着磁场。师：回答得很好。让我们一起回过头来看看奥斯特的实验（用多媒体课件展示奥斯特实验的实验装置及结论）。奥斯特是用一根小磁针放在通电导线的旁边发现了小磁针会受到力的作用，而且电流方向改变后，小磁针的转动方向也改变。那么我们反过来想一下，假如通电导线放在磁场中会不会也受到磁场的作用力呢？（让学生思考和讨论）生：我想会。因为奥斯特的实验证明了通电导线可以产生磁场，而且我们也知道了通电螺线管产生的磁场就相当于一个条形磁铁的磁场。那么把通电导线放在磁场中也就相当于把两个磁铁放在一起，肯定会有力的作用。因为两个磁体之间是可以相吸或相斥的。师：这个同学的猜想听起来很有道理，但是正不正确呢？我们应该怎样去判断？生：用实验去验证。师：那么我们应该怎样去设计这个实验呢？请同学们再讨论一下，给出一个比较好的方案来。（巡回听取学生讨论的方案）师：请小组代表把你们讨论的结果告诉大家。生甲：因为我们考虑到问题是要验证通电导线在磁场中有没有受到力的作用。所以我们想到实验必须有一条通电的导线，选择器材时就应该有导线，电源和开关；另外还要有提供磁场的条形磁铁。把通电导线放在磁场中看它能不能受到力的作用。生乙：我们的方案和他们的大致相同。但是我们觉得用U形磁铁可能更好些，因为U形磁铁内的磁场集中些。还有我们觉得那根通电导线最好能用一个支架把它支起来，使它可以自由地摆动，这样才能更好地观察。师：你们是根据什么想到这一点的呢？生：我们是根据奥斯特的实验想到的。其中的小磁针不也是可以自由转动的吗？师：同学们设计的方案都很好，特别是这组的同学考虑得非常全面，而且有根有据的。（鼓励学生深入、严谨地思考，激发学生积极主动地探究）师：那么同学们看看我的这套实验仪器能不能验证你们的猜想呢？（拿出演示实验仪器）师：（介绍实验仪器）像刚才那位同学说的，为了使通电导线能自由地摆动，我们给他做了个导轨。（安装好实验装置）导线ab放在磁场里，我们把开关合上，请同学们认真观察这根导线看它会怎么样？（闭合开关，演示实验）师：同学们看到了什么现象。生：导线运动了。师：怎么运动？生：向左运动。师：那么这个实验说明了什么问题？生：说明了导线在磁场中可以运动。师：能不能说得更完善些。生甲：应该是通电导线在磁场中可以运动。生乙：说明了通电导线在磁场中会受到力的作用，没有力的作用导线就不会运动。师：这位同学总结得很好，得到的结论也比较全面。板书：一、磁场对通电导线的作用结论：1．通电导线在磁场中受到力的作用。师：刚才我们用实验验证了我们的猜想，我们的实验现象也很明显，导线是运动了，而且是向左运动的。那么同学们再思考一下，奥斯特改变电流方向，小磁针的转动方向也改变了。我们这里的导线是不是永远向左运动的呢？怎么样去验证你的想法？生甲：可以改变电流的方向来看看导线的运动方向有没有改变。生乙：可以保持电流方向不变，改变磁场方向来看看导线的运动方向有没有改变。师：那我们再用实验来验证这些同学的想法。（先改变电流方向，示意学生看现象；保持原来的电流方向，再改变磁场方向）师：同学们观察到了什么现象？由此又说明了什么？生：看到导线的运动方向改变了，说明了改变电流或者磁场的方向，通电导线的运动方向也会改变。师：换句话说就是通电导线受到磁场力的方向跟电流和磁感线的方向都有关系。板书：结论：2．通电导线所受力的方向跟电流的方向、磁感线的方向都有关。师：刚才我们是把一根通电导线放在磁场中发现它会受到力的作用。那么假如我们不是放一根导线，而是把整个线圈放到磁场中，又会怎么样呢？（演示把线圈放到磁场中的实验）师：可以观察到，线圈转动了起来，那么同学们可以讨论一下：为什么线圈是转动而不是直线运动呢？生：（讨论后总结）由于导线两边的电流方向是不一样的，那么他们受到的力也就不一样了，就像一个框被相反的力扭动一样，所以只能是转动的。师：总结得很好。其实我们开头讲的电动机的原理就是这样的，是用电来使线圈转动，然后带动机器转动的。下面我们就来做这个“小小电动机”实验，看看电动机是怎样转起来的。并且思考一下电动机为什么能不停地转动，这和我们的实验器材的结构有没有关系？生：（动手做实验，探究电动机的转动，记录实验现象并思考问题）（约7、8min）师：好了，刚才我们通过实验也验证了我们开始的猜想。那么同学们在做实验的时候有没有注意到我们的实验器材有什么特别的地方呢？生：我们的线圈引线的两端都只是把一半的漆皮刮去的。师：对，这是实验的特别之处，同学们回去想一下，为什么要这样做，假如把两端漆皮全部都刮去的话，又会怎么样呢？（让学生先回去思考）师：同学们你们在学完这节课后，有什么收获呢？生甲：我知道了通电导线在磁场中会受到力的作用……生乙：我还知道了我们有了设想之后一定要用实验去验证。师：这节课我们能获得那么多知识，和同学们善于思考是离不开的。同学们在讨论问题时都很认真，并且还能联系我们以前学过的东西去想问题，也越来越善于由看到的实验现象总结出实验的结论，语言表达比较规范。请同学在课外思考我们刚才提出的问题。第二课时师：上节课我们做了“小小电动机”的实验，模拟了电动机转动时的情况。今天我们看看真正的电动机是怎么样的。（出示直流电动机模型，并通电使它转动）师：我们先来看看电动机的主要结构是怎样的？生：有能转动的线圈，还有不动的磁体。师：对。电动机就是由能转动的线圈和不动磁体组成。我们把它们叫做转子和定子。板书：二、电动机的基本构造1．电动机的组成师：上节课我们还留下一个问题，在做“小小电动机”的实验时我们发现线圈可以不停地转动，同时我们也发现线圈引线的构造很特别，为什么要这样做，否则线圈可以不停地转动吗？下面我们继续来探讨这个问题。师：（演示实验）现在我把线圈引线的绝缘漆全部刮去，看看实验的结果会怎么样。师：我们发现结果是怎么样的呢？生：线圈不能连续转动。师：为什么会出现这种情况呢？难道是我们上节课的结论有错误？（用多媒体把实验的装置图－23甲放大来给学生看。请学生思考问题）师：（演示实验）我们再来看看当我把线圈放在这个位置（图－23乙）时看它会动吗？（同时也用多媒体把线圈在乙的位置放大后显示出来）师：很显然线圈没有动，这是为什么？（请学生思考讨论后回答）生甲：我想线圈要在磁场中转动可能和它被放置的位置还有关系。生乙：我们也是这样想的，在乙的位置上可能线圈的两边受到两个反向的力，那么就不能转动了。师：确实是这样，在乙的位置上刚好在同一直线上受到两个大小相等、方向相反的力（相当于二力平衡），所以线圈不能转动了。我们把这个位置就叫做线圈的平衡位置。那么线圈为什么在甲的位置可以转动但又不能连续地转动呢？让我们一起通过线圈的运动受力图来分析。［用多媒体把丙的位置也放大后显示出来，并且把他们的电流方向和受力方向也一起标出来（图－23甲、乙、丙组合起来），教师一边标出电流方向一边讲解］师：好了，我们刚刚也分析了线圈不能持续转动的原因，在丙的位置线圈受力的方向恰好与它运动的方向相反。你能想出什么好办法使线圈能连续地转动吗？（小组讨论）生甲：我们觉得线圈不能连续转动是因为转到丙这个位置时，左右两边线的电流方向和在甲时相反了。只要我们想办法让它转过平衡位置后就把左右电流方向对换，这样就可以使线圈连续转动了。生乙：我们觉得可以用调换磁感线方向的方法，调换的位置、时间和刚才甲同学的一样。生丙：我们觉得不用那么麻烦，我们做的“小小电动机”的实验不是可以持续转动吗？我们让电动机转到乙的位置不给导线通电，就不会产生阻碍的力了。由于惯性线圈继续转动，到了甲的位置再给它通电，那样就可以使它持续转动了。师：我们的同学都很聪明，能够想出各种各样的办法来解决问题。但有的同学的办法很简单，有些同学的方法就比较复杂，我们可不可以开动脑筋，想出更简单，更实用的方法呢？其实直流电动机和我们模拟电动机的原理是一样的，它使用了一个叫换向器的零件来使电动机不断转动的。师：（指出电动机里换向器的位置，介绍它的结构特点）换向器由两个彼此绝缘的半环组成，两个半环分别与线圈的两端接通。当线圈转动通过平衡位置后，半环从与一个电刷接触，改变为与另一电刷接触，从而改变线圈中电流的方向和磁场力方向，使线圈得以转动。（让学生通过电动机模型，观察换向器）2．电动机的组成生：（接通电源观察电动机转动时换向器的工作）师：（请学生分析电动机换向器的工作情况）生：（大致和上面分析差不多）师：我们要特别注意的一点是换向器两个半环之间是绝缘的，等线圈转到另一半和电刷接触时就改变了电流的方向，比起“小小电动机”又有所改进：把另一半的动力也用到了。板书：2．